JPS6364753B2 - - Google Patents
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- JPS6364753B2 JPS6364753B2 JP56056788A JP5678881A JPS6364753B2 JP S6364753 B2 JPS6364753 B2 JP S6364753B2 JP 56056788 A JP56056788 A JP 56056788A JP 5678881 A JP5678881 A JP 5678881A JP S6364753 B2 JPS6364753 B2 JP S6364753B2
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- light
- optical system
- light beam
- receiving optical
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01W—METEOROLOGY
- G01W1/00—Meteorology
- G01W1/14—Rainfall or precipitation gauges
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- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Atmospheric Sciences (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Ecology (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
本発明は投光器と受光器間の光ビームを通過す
る雨滴を計数する如くした光電式雨量計に関し、
詳しくは降雨の強弱に応じて機器の作動を制御す
るための、例えば車両のウインド・ワイパーの動
作を制御するための降雨強弱判定センサーとし
て、また、気象情報を得るための降雨の定量的計
測を目的とした降雨強度又は降水量計測センサー
とし、応答速度の速いことを特長とする光電式雨
量計に関するものである。 従来、一般に市販されている雨量計としては、
例えば枡転倒型雨量計があるが、これは応答速度
が遅い欠点がある。この場合、仮に１転倒0.1mm
量の枡を用いたとしても（通常の雨量計は気象庁
検定済１転倒0.5mm量である）、30mm／hrの激しい
雨に対して１転倒するのに12秒を要する（前記
0.5mm量枡の１転倒型のものでは60秒を要する）。
また、光雨量計としては雨滴による伝搬光の多重
散乱効果による受信光の揺動を利用するものもあ
るが、この場合のセンサーは光路長を数百ｍ以上
と極めて長く取らねばならず、降雨中の光の伝搬
損が大きく、また、信号処理が複雑で装置が大型
化し、かつ見通しを確保するために設置場所に制
限を受ける欠点があつた。 本発明は上記欠点を克服するため、光路長を約
2m以下と短かくし、かつ光電式の特長を生かし
て応答速度を速くした雨量計を提供するものであ
る。光路長を短かくする場合、雨滴による伝搬光
の多量散乱は生じないから、この場合は雨滴によ
る伝搬光の遮断効果、すなわち、雨滴による吸収
又は単一散乱効果による受光光量の減衰を利用す
ることになる。 以下、本発明を一実施例の図面について説明す
れば次の通りである。尚、本発明の原理は可視光
に対しても不可視光に対しても同様に成立するも
のであるから、以下の説明においては可視光と不
可視光を総称して「光」という。 第１図は本発明の光電式雨量計の原理的構成を
その周辺構成とともに示したものである。１は光
源で、該光源１は背景光と区別するために変調器
２によつて電気的又は機械的に変調するものであ
る。３は光源１の前面に配す集光光学素子で、該
集光光学素子３は、例えば凸レンズや凹面鏡等よ
りなり、光束を絞り光ビーム１３とするものであ
る。この場合、光源１そのものが絞ぼられていて
予め光ビーム１３になつているときは、例えばレ
ーザ光の場合は集光光学素子３を除くこともでき
る。この光源１、変調器２及び集光光学素子３を
総称して発光光学系４とする。５は集光光学素子
３より有限距離（約2m以下）を離した対向位置
に配す凸レンズや凹面鏡等よりなる受光光学素子
で、該受光光学素子５の背部に光電変換素子６と
前置増幅器７を設け、該受光光学素子５、光電変
換素子６、前置増幅器７で受光光学系８を構成し
てなる。 ここにおいて、光源１から発せられた光ビーム
１３は、約2m以下の空間を伝搬する途中に雨滴
により変調を受けるものとなる。この光量変化は
受光光学素子５と光電変換素子６並びに前置増幅
器７の受光光学系８によつて電気信号として取り
出される。尚、光電変換素子６が大面積でしかも
高感度であることが保障されている場合は、受光
光学系８から受光光学素子５を除いてもよい。ま
た、光電変換素子６からの出力が充分大きい場合
には、前置増幅器７を受光光学系８から離して信
号処理回路の近くにもつてくることもできる。 この様にして変換された電気信号は、受光光学
系８に接続した検波回路９によつて変動分のみが
抽出され、さらに２乗検出器１０に導びかれて変
動分の大きさが出力Ｉとして出力されるものとな
る。 いまこの検波回路９のあとの信号波形を示せば
第２図Ａ，Ｂの如くなる。この第２図Ａは代表的
な弱雨で、第２図Ｂは強雨のときの信号波形であ
り、強雨程変動分の大きいこと、すなわち、検波
出力の実効値が大きいことが明白である。この実
効値をいくつかのレベルに分割し、それに応じて
降雨強度の判別をすることができる。 尚、発光光学系４と受光光学系８は第１図に示
す如く一直線上に配置する以外に、第３図Ａ，Ｂ
に示す他の実施例のように反射器２１を用い光ビ
ーム１３光路を数段反射してもよい。第３図Ａは
光ビーム１３の一部に反射器２１を、該反射器２
１を雨から守る覆い部材２２とともに挿入し、光
ビーム１３を１回反射し発光光学系４と並設した
受光光学系８に導びき装置全体の小型化を計るも
のである。第３図Ｂは光ビーム１３の一部に３個
の反射器２１を有する覆い部材２２を介在し、該
光ビーム１３を３回反射して光路を往復させ受光
光学系８へ導びく構成とし装置全体を小型化する
ものである。 いま更に定量的降雨強度測定について詳述する
と、先ず検波回路９の出力をパルス整形回路１１
に導き、光ビーム１３中の１雨滴の通過が１パル
スを発生するように該パルス整形回路１１を調整
しておいて、単位時間当りの出力パルス数を計数
回路１２によつて計数する。これをPc〔ケ／sec〕
として出力から取り出すものである。 さて、計数されたパルス数Pcと降雨強度ｈ
〔mm／hr〕は次のようにして関係付けられる。第
４図はこの降雨強度測定を説明するための光ビー
ム１３の概念を示した説明図である。この図にあ
つては、光ビームは円筒状に描いてあるが、光ビ
ームは必ずしも円筒状である必要はない。このと
き、集光光学素子３及び受光光学素子５の直径を
ｄ〔ｍ〕とし、両間隔すなわち光路長をＬ〔ｍ〕と
すれば、鉛直方向の光ビーム１３の断面積Ｓ〔m2〕
は Ｓ＝ｄ・Ｌ〔m2〕 …(1) で与えられる。但し、雨１４は鉛直に降るものと
する。 降雨強度ｈ〔mm／hr〕のとき、断面積Ｓ〔m2〕を
１秒間に通過した雨滴の全体積ｖは次の式で表わ
される。 ｖ＝10-3／3600ｈ ｓ〔m3／sec〕 …(2) 一方、１秒間の出力パルス数をPcとし、その
時の雨滴の平均体積をvr〔m3〕とすれば、式(2)の
ｖはまた次式で表現される。 ｖ＝Pc vr〔m3／sec〕 …(3) 雨滴の平均体積vrは雨滴の体積確率密度関数Ｐ
（ｈ，ａ）により、 vr(h)＝∫∞ p４／３πa3p（ｈ，ａ）da …(4) ここでａ：雨滴半径 で与えられ、雨滴の平均体積は降雨強度ｈのみの
関数となる。また、雨滴の体積確率密度関数は、
降雨強度ｈ〔mm／hr〕と雨滴半径ａ〔ｍ〕の関数で
あつて、雨滴のサイズ分布ｎ〔ｈ，ａ）da、すな
わち、単位体積中の半径ａからａ＋daの雨滴の
個数より、次式によつて定義することができる。 Ｐ（ｈ，ａ）da＝４／３πa3n（ｈ，ａ）da／∫∞／0
４／３πa3n（ｈ，ａ）da ＝a3／６α4e-〓ada …(5) ここで ｎ（ｈ，ａ）da＝n0e-〓ada …（5′） n0＝８×106〔m-4〕 α＝8200h-0.21〔m-1〕 である。式(5)を式(4)に代入し、更に式(3)に代入す
れば ｖ＝160π／82003Pch0.63〔m3／sec〕 …(6) となり、上記式(6)と式(2)が等しいと置いて、 ｈ＝（3.28×10-3／Ｓ）2.7Pc2.7〔mm／hr〕 …(7) を得る。すなわち、降雨強度はパルス数Pcの2.7
乗に比例し、その比例定数はセンサーの諸元Ｓの
みを含むから容易に与えることができて、降雨強
度を定量的に算出することができるものである。 第５図は送受光間距離、すなわち、光路長をＬ
＝2m、光ビーム径ｄ＝４×10-2mとし、GaAs
LEDを30KHzに変調して発光させた光ビームを用
いて得られた出力パルス数Pcと降雨強度ｈとの
関係を示すグラフである。この場合、降雨強度は
通常の雨量計で測定したものであり、図中の実線
は式７による計算値を示していて、理論値と実測
値のよい一致が得られている。 しかし乍ら、弱雨において若干の差が生じてい
る。この場合の補正について以下に述べる。第６
図は式(5)で表される体積確率密度関数を示してい
て、同図より降雨強度が小さくなる程、雨滴半径
の小さいものが単位体積中に占める割合が多くな
ることがわかる。雨滴半径が小さくなるとそれが
光ビーム中を通過した時の光量変化が小さくな
り、その変化分が受光光学系の電気信号処理回路
の雑音より小さくなればその雨滴は検出されない
ことになる。すなわち、パルス整形回路１１にお
いて１パルスを発生させる雨滴には下限値amin
があることを意味している。この下限値は電気信
号処理回路（第１図にあつて、光電変換素子６、
前置増巾器７、検波回路９、パルス整形回路１１
及び計数回路１２を含む）の雑音値より決定さ
れ、第５図の実験に用いた装置では、amin＝3.1
×10-4mであつた。このように検出可能最小雨滴
半径が決まると、この光電式雨量計が雨滴の計数
をミスカウントする体積確率Pmissは式(5)より次
式で与えられる。 Pmiss＝∫amin pＰ（ｈ，ａ）da ＝１−e-〓amin〔（αamin）3／６＋（αamin）2
／２＋ （αamin）＋１〕 …(8) したがつて式(3)より、ミスカウントを伴つて計
数されたパルス数をPcmissとすれば Pcmiss＝Pc（１−Pmiss） …(9) であるから、実測されたパルス数Pccを１／（１
−Pmiss）倍すればPcが与えられることになる。
したがつて、Pccから降雨強度ｈを求めるには式
(7)に代入して ｈ＝（3.28×10-3／Ｓ）2.7（Pcc／１−Pmiss）2.7…(1
0) となる。amin＝3.1×10-4mで補正した値を第７
図に点線で示した。同図にあつて実線は式(7)の値
であつて、補正値はＯ印の実測値と極めてよく一
致していることがわかる。 次に、観測視野体積について検討する。前記第
４図の例では観測視野体積Ｖは円筒であつて、 Ｖ＝π（ｄ／２）2L …(11) と定義される（観測視野体積は必ずしも円筒であ
る必要はない）。本発明の原理はこの観測視野体
積Ｖ内に存在する雨滴が１ケ以下であることを前
提としている。何故なら、２ケ以上存在するとき
は、Ｖ内での雨滴の重なりによるミスカウントが
生じるからである。さて、この観測視野体積内の
雨滴数nrは式（5′）により、 nr＝V∫∞ anioｎ（ｈ，ａ）da ＝Vn0／αe-〓amin …(12) として算出される。第５図の実測値を得た装置を
例にとつて、この値を降雨強度に対して求める
と、下記の表のようになる。
る雨滴を計数する如くした光電式雨量計に関し、
詳しくは降雨の強弱に応じて機器の作動を制御す
るための、例えば車両のウインド・ワイパーの動
作を制御するための降雨強弱判定センサーとし
て、また、気象情報を得るための降雨の定量的計
測を目的とした降雨強度又は降水量計測センサー
とし、応答速度の速いことを特長とする光電式雨
量計に関するものである。 従来、一般に市販されている雨量計としては、
例えば枡転倒型雨量計があるが、これは応答速度
が遅い欠点がある。この場合、仮に１転倒0.1mm
量の枡を用いたとしても（通常の雨量計は気象庁
検定済１転倒0.5mm量である）、30mm／hrの激しい
雨に対して１転倒するのに12秒を要する（前記
0.5mm量枡の１転倒型のものでは60秒を要する）。
また、光雨量計としては雨滴による伝搬光の多重
散乱効果による受信光の揺動を利用するものもあ
るが、この場合のセンサーは光路長を数百ｍ以上
と極めて長く取らねばならず、降雨中の光の伝搬
損が大きく、また、信号処理が複雑で装置が大型
化し、かつ見通しを確保するために設置場所に制
限を受ける欠点があつた。 本発明は上記欠点を克服するため、光路長を約
2m以下と短かくし、かつ光電式の特長を生かし
て応答速度を速くした雨量計を提供するものであ
る。光路長を短かくする場合、雨滴による伝搬光
の多量散乱は生じないから、この場合は雨滴によ
る伝搬光の遮断効果、すなわち、雨滴による吸収
又は単一散乱効果による受光光量の減衰を利用す
ることになる。 以下、本発明を一実施例の図面について説明す
れば次の通りである。尚、本発明の原理は可視光
に対しても不可視光に対しても同様に成立するも
のであるから、以下の説明においては可視光と不
可視光を総称して「光」という。 第１図は本発明の光電式雨量計の原理的構成を
その周辺構成とともに示したものである。１は光
源で、該光源１は背景光と区別するために変調器
２によつて電気的又は機械的に変調するものであ
る。３は光源１の前面に配す集光光学素子で、該
集光光学素子３は、例えば凸レンズや凹面鏡等よ
りなり、光束を絞り光ビーム１３とするものであ
る。この場合、光源１そのものが絞ぼられていて
予め光ビーム１３になつているときは、例えばレ
ーザ光の場合は集光光学素子３を除くこともでき
る。この光源１、変調器２及び集光光学素子３を
総称して発光光学系４とする。５は集光光学素子
３より有限距離（約2m以下）を離した対向位置
に配す凸レンズや凹面鏡等よりなる受光光学素子
で、該受光光学素子５の背部に光電変換素子６と
前置増幅器７を設け、該受光光学素子５、光電変
換素子６、前置増幅器７で受光光学系８を構成し
てなる。 ここにおいて、光源１から発せられた光ビーム
１３は、約2m以下の空間を伝搬する途中に雨滴
により変調を受けるものとなる。この光量変化は
受光光学素子５と光電変換素子６並びに前置増幅
器７の受光光学系８によつて電気信号として取り
出される。尚、光電変換素子６が大面積でしかも
高感度であることが保障されている場合は、受光
光学系８から受光光学素子５を除いてもよい。ま
た、光電変換素子６からの出力が充分大きい場合
には、前置増幅器７を受光光学系８から離して信
号処理回路の近くにもつてくることもできる。 この様にして変換された電気信号は、受光光学
系８に接続した検波回路９によつて変動分のみが
抽出され、さらに２乗検出器１０に導びかれて変
動分の大きさが出力Ｉとして出力されるものとな
る。 いまこの検波回路９のあとの信号波形を示せば
第２図Ａ，Ｂの如くなる。この第２図Ａは代表的
な弱雨で、第２図Ｂは強雨のときの信号波形であ
り、強雨程変動分の大きいこと、すなわち、検波
出力の実効値が大きいことが明白である。この実
効値をいくつかのレベルに分割し、それに応じて
降雨強度の判別をすることができる。 尚、発光光学系４と受光光学系８は第１図に示
す如く一直線上に配置する以外に、第３図Ａ，Ｂ
に示す他の実施例のように反射器２１を用い光ビ
ーム１３光路を数段反射してもよい。第３図Ａは
光ビーム１３の一部に反射器２１を、該反射器２
１を雨から守る覆い部材２２とともに挿入し、光
ビーム１３を１回反射し発光光学系４と並設した
受光光学系８に導びき装置全体の小型化を計るも
のである。第３図Ｂは光ビーム１３の一部に３個
の反射器２１を有する覆い部材２２を介在し、該
光ビーム１３を３回反射して光路を往復させ受光
光学系８へ導びく構成とし装置全体を小型化する
ものである。 いま更に定量的降雨強度測定について詳述する
と、先ず検波回路９の出力をパルス整形回路１１
に導き、光ビーム１３中の１雨滴の通過が１パル
スを発生するように該パルス整形回路１１を調整
しておいて、単位時間当りの出力パルス数を計数
回路１２によつて計数する。これをPc〔ケ／sec〕
として出力から取り出すものである。 さて、計数されたパルス数Pcと降雨強度ｈ
〔mm／hr〕は次のようにして関係付けられる。第
４図はこの降雨強度測定を説明するための光ビー
ム１３の概念を示した説明図である。この図にあ
つては、光ビームは円筒状に描いてあるが、光ビ
ームは必ずしも円筒状である必要はない。このと
き、集光光学素子３及び受光光学素子５の直径を
ｄ〔ｍ〕とし、両間隔すなわち光路長をＬ〔ｍ〕と
すれば、鉛直方向の光ビーム１３の断面積Ｓ〔m2〕
は Ｓ＝ｄ・Ｌ〔m2〕 …(1) で与えられる。但し、雨１４は鉛直に降るものと
する。 降雨強度ｈ〔mm／hr〕のとき、断面積Ｓ〔m2〕を
１秒間に通過した雨滴の全体積ｖは次の式で表わ
される。 ｖ＝10-3／3600ｈ ｓ〔m3／sec〕 …(2) 一方、１秒間の出力パルス数をPcとし、その
時の雨滴の平均体積をvr〔m3〕とすれば、式(2)の
ｖはまた次式で表現される。 ｖ＝Pc vr〔m3／sec〕 …(3) 雨滴の平均体積vrは雨滴の体積確率密度関数Ｐ
（ｈ，ａ）により、 vr(h)＝∫∞ p４／３πa3p（ｈ，ａ）da …(4) ここでａ：雨滴半径 で与えられ、雨滴の平均体積は降雨強度ｈのみの
関数となる。また、雨滴の体積確率密度関数は、
降雨強度ｈ〔mm／hr〕と雨滴半径ａ〔ｍ〕の関数で
あつて、雨滴のサイズ分布ｎ〔ｈ，ａ）da、すな
わち、単位体積中の半径ａからａ＋daの雨滴の
個数より、次式によつて定義することができる。 Ｐ（ｈ，ａ）da＝４／３πa3n（ｈ，ａ）da／∫∞／0
４／３πa3n（ｈ，ａ）da ＝a3／６α4e-〓ada …(5) ここで ｎ（ｈ，ａ）da＝n0e-〓ada …（5′） n0＝８×106〔m-4〕 α＝8200h-0.21〔m-1〕 である。式(5)を式(4)に代入し、更に式(3)に代入す
れば ｖ＝160π／82003Pch0.63〔m3／sec〕 …(6) となり、上記式(6)と式(2)が等しいと置いて、 ｈ＝（3.28×10-3／Ｓ）2.7Pc2.7〔mm／hr〕 …(7) を得る。すなわち、降雨強度はパルス数Pcの2.7
乗に比例し、その比例定数はセンサーの諸元Ｓの
みを含むから容易に与えることができて、降雨強
度を定量的に算出することができるものである。 第５図は送受光間距離、すなわち、光路長をＬ
＝2m、光ビーム径ｄ＝４×10-2mとし、GaAs
LEDを30KHzに変調して発光させた光ビームを用
いて得られた出力パルス数Pcと降雨強度ｈとの
関係を示すグラフである。この場合、降雨強度は
通常の雨量計で測定したものであり、図中の実線
は式７による計算値を示していて、理論値と実測
値のよい一致が得られている。 しかし乍ら、弱雨において若干の差が生じてい
る。この場合の補正について以下に述べる。第６
図は式(5)で表される体積確率密度関数を示してい
て、同図より降雨強度が小さくなる程、雨滴半径
の小さいものが単位体積中に占める割合が多くな
ることがわかる。雨滴半径が小さくなるとそれが
光ビーム中を通過した時の光量変化が小さくな
り、その変化分が受光光学系の電気信号処理回路
の雑音より小さくなればその雨滴は検出されない
ことになる。すなわち、パルス整形回路１１にお
いて１パルスを発生させる雨滴には下限値amin
があることを意味している。この下限値は電気信
号処理回路（第１図にあつて、光電変換素子６、
前置増巾器７、検波回路９、パルス整形回路１１
及び計数回路１２を含む）の雑音値より決定さ
れ、第５図の実験に用いた装置では、amin＝3.1
×10-4mであつた。このように検出可能最小雨滴
半径が決まると、この光電式雨量計が雨滴の計数
をミスカウントする体積確率Pmissは式(5)より次
式で与えられる。 Pmiss＝∫amin pＰ（ｈ，ａ）da ＝１−e-〓amin〔（αamin）3／６＋（αamin）2
／２＋ （αamin）＋１〕 …(8) したがつて式(3)より、ミスカウントを伴つて計
数されたパルス数をPcmissとすれば Pcmiss＝Pc（１−Pmiss） …(9) であるから、実測されたパルス数Pccを１／（１
−Pmiss）倍すればPcが与えられることになる。
したがつて、Pccから降雨強度ｈを求めるには式
(7)に代入して ｈ＝（3.28×10-3／Ｓ）2.7（Pcc／１−Pmiss）2.7…(1
0) となる。amin＝3.1×10-4mで補正した値を第７
図に点線で示した。同図にあつて実線は式(7)の値
であつて、補正値はＯ印の実測値と極めてよく一
致していることがわかる。 次に、観測視野体積について検討する。前記第
４図の例では観測視野体積Ｖは円筒であつて、 Ｖ＝π（ｄ／２）2L …(11) と定義される（観測視野体積は必ずしも円筒であ
る必要はない）。本発明の原理はこの観測視野体
積Ｖ内に存在する雨滴が１ケ以下であることを前
提としている。何故なら、２ケ以上存在するとき
は、Ｖ内での雨滴の重なりによるミスカウントが
生じるからである。さて、この観測視野体積内の
雨滴数nrは式（5′）により、 nr＝V∫∞ anioｎ（ｈ，ａ）da ＝Vn0／αe-〓amin …(12) として算出される。第５図の実測値を得た装置を
例にとつて、この値を降雨強度に対して求める
と、下記の表のようになる。
【表】
上記表には同時に第７図に示した補正係数も
示した。同表よりnr１として降雨強度15mm／
hrまでは本発明の原理が適用可能であることがわ
かる。降雨強度15mm／hrより大きな降雨強度を測
定するときは、観測視野体積を小さくして、その
体積内でのnr値を１以下になるようにすればよ
い。 尚、このことは特許請求の範囲第２項のパルス
の単位時間当りの個数を計数して、定量的な降雨
強度の算出に対して第３図Ａ，Ｂに示した折返し
構造を適用することができるが、但し光ビームの
重なる部分は断面積Ｓから除いて計算しなければ
ならない。 また、上記の例ではPcを１秒間の出力パルス
数としたが、計数回路１２の積分時間を調整する
ことにより、10秒又は１分間の平均出力パルス数
から、その時間における平均降雨強度が算出され
ること及びさらに積分時間を長くして、例えば１
日単位の降水量が得られることが可能であること
は言うまでもない。 更に、他の実施例について説明すると、先ず本
発明の原理は前述の通りに雨が光ビームに対し鉛
直に降下するものとして導出されている。一般に
は多くの降雨については鉛直に降下するものと考
えてもよいが、台風時のように強風を伴う場合は
降雨の方向を考慮しなければならない。すなわ
ち、第８図Ａ，Ｂに示す説明図は第４図の説明図
に降雨方向を考慮した場合を示している。第８図
Ａより明らかなように、もし光ビーム１３の方向
が降雨方向と直交し、かつ光ビーム１３が円筒状
であれば、雨滴が横切る断面積は第４図の斜線部
分と同じＳである。このときは計数されたパルス
数に何等の補正を要しないものである。 しかし、降雨方向が光ビームの軸を含む面内に
あり、光ビームと角αをなす場合、すなわち、第
８図Ｂの場合、計数されたパルス数Pcoは、降雨
方向に垂直な面上の同じ断面積Ｓを通過するパル
ス数Pcと Pc＝Pco／cosα …（13） なる関係がある。このcosαを降雨方向補正係
数と呼ぶ。 第９図は第１図に示した系統図にあつて発光光
学系４と受光光学系８とを、中央に枢軸部３３を
もつた連結体３４にて一体化構造３１としたもの
であり、更に光ビーム１３の軸が風向すなわち降
雨方向に直交するように自動的に調整自在となれ
ばよい。このようにすれば断面積Ｓは一定とな
り、降雨方向に無関係に常に正しい降雨強度が算
出される。第９図の例ではこの調整機構を、風向
板３２を用いて向きの調整を行なうようにしたも
のである。これとは別に、風向又は降雨方向を検
出して光ビームの向きを調整してもよいことは勿
論である。 次に、発光光学系４及び受光光学系８を一体化
したものを第１０図に示す如く３台用意し、それ
ぞれの光ビーム１３の軸が互いに直交するように
配置した構成としてもよい。すなわち、第１０図
にあつては中央に立体反射器４１を設け、該立体
反射器４１の直交となる三方向に光ビーム分割器
４２を設置し、該光ビーム分割器４２の軸線上及
び直交位置に発光光学系４及び受光光学系８を臨
ませ、発光ビーム及び受光ビームが同一光軸にあ
るようにし、発光ビーム及び受光ビームの光軸差
による誤差をなくしている。但し、この場合の光
路長Ｌは受光光学系４から立体反射器４１までの
距離である。立体反射器４１には第３図と同様に
雨から保護するための覆い部材２２を取付ける必
要がある。この覆い部材２２を考慮して各断面積
は同じにしておかねばならない。 一般に、降雨方向はＺ軸からθ，ｘ軸からφの
方向であるとすると、それぞれの補正係数cosαi
（ｉ＝ｘ，ｙ，ｚ）は第１１図を参照して となる。したがつて、それぞれの出力パルス数を
Pci（ｉ＝ｘ，ｙ，ｚ）とすると、 Pcx2＋Pcy2＋Pcz2＝（Pccosαx）2＋（Pccosαy）2＋
（Pccosαz）2＝2Pc2…（15） となり、降雨方向に垂直な面内にある同じ断面積
Ｓを通過するパルス数Pcは で与えられ、降雨方向に無関係にPcを知ること
ができる。降雨強度はこのPcより式(7)を用いて
算出されるものである。 上述の様に本発明の雨量計は、発光光源からの
光を絞られた光ビームとし、該光ビームを一定距
離（2m以下等の有限距離）を離して置いた受光
素子にて受光し、雨滴が光ビームを通過する際の
光の強度の変化を検出する光電式としたことによ
り、降雨強度、降水量計測が速く応答しえ、しか
もこの場合雨滴を電気信号パルスに変換して計数
する如くなるため、瞬時の雨量が計れるものであ
る。更に本発明は光ビームの光路を極めて短かく
設定しえるため、投光部及び受光部を一体の組込
み構造とすることができるので装置全体がコンパ
クト化し得、例えば自動車のワイパー部へ組込む
ことができ、走行中に雨が降りだすと自動的にワ
イパーを駆動させることが可能となる等各種器具
への取付けができる効果を奏するものである。
示した。同表よりnr１として降雨強度15mm／
hrまでは本発明の原理が適用可能であることがわ
かる。降雨強度15mm／hrより大きな降雨強度を測
定するときは、観測視野体積を小さくして、その
体積内でのnr値を１以下になるようにすればよ
い。 尚、このことは特許請求の範囲第２項のパルス
の単位時間当りの個数を計数して、定量的な降雨
強度の算出に対して第３図Ａ，Ｂに示した折返し
構造を適用することができるが、但し光ビームの
重なる部分は断面積Ｓから除いて計算しなければ
ならない。 また、上記の例ではPcを１秒間の出力パルス
数としたが、計数回路１２の積分時間を調整する
ことにより、10秒又は１分間の平均出力パルス数
から、その時間における平均降雨強度が算出され
ること及びさらに積分時間を長くして、例えば１
日単位の降水量が得られることが可能であること
は言うまでもない。 更に、他の実施例について説明すると、先ず本
発明の原理は前述の通りに雨が光ビームに対し鉛
直に降下するものとして導出されている。一般に
は多くの降雨については鉛直に降下するものと考
えてもよいが、台風時のように強風を伴う場合は
降雨の方向を考慮しなければならない。すなわ
ち、第８図Ａ，Ｂに示す説明図は第４図の説明図
に降雨方向を考慮した場合を示している。第８図
Ａより明らかなように、もし光ビーム１３の方向
が降雨方向と直交し、かつ光ビーム１３が円筒状
であれば、雨滴が横切る断面積は第４図の斜線部
分と同じＳである。このときは計数されたパルス
数に何等の補正を要しないものである。 しかし、降雨方向が光ビームの軸を含む面内に
あり、光ビームと角αをなす場合、すなわち、第
８図Ｂの場合、計数されたパルス数Pcoは、降雨
方向に垂直な面上の同じ断面積Ｓを通過するパル
ス数Pcと Pc＝Pco／cosα …（13） なる関係がある。このcosαを降雨方向補正係
数と呼ぶ。 第９図は第１図に示した系統図にあつて発光光
学系４と受光光学系８とを、中央に枢軸部３３を
もつた連結体３４にて一体化構造３１としたもの
であり、更に光ビーム１３の軸が風向すなわち降
雨方向に直交するように自動的に調整自在となれ
ばよい。このようにすれば断面積Ｓは一定とな
り、降雨方向に無関係に常に正しい降雨強度が算
出される。第９図の例ではこの調整機構を、風向
板３２を用いて向きの調整を行なうようにしたも
のである。これとは別に、風向又は降雨方向を検
出して光ビームの向きを調整してもよいことは勿
論である。 次に、発光光学系４及び受光光学系８を一体化
したものを第１０図に示す如く３台用意し、それ
ぞれの光ビーム１３の軸が互いに直交するように
配置した構成としてもよい。すなわち、第１０図
にあつては中央に立体反射器４１を設け、該立体
反射器４１の直交となる三方向に光ビーム分割器
４２を設置し、該光ビーム分割器４２の軸線上及
び直交位置に発光光学系４及び受光光学系８を臨
ませ、発光ビーム及び受光ビームが同一光軸にあ
るようにし、発光ビーム及び受光ビームの光軸差
による誤差をなくしている。但し、この場合の光
路長Ｌは受光光学系４から立体反射器４１までの
距離である。立体反射器４１には第３図と同様に
雨から保護するための覆い部材２２を取付ける必
要がある。この覆い部材２２を考慮して各断面積
は同じにしておかねばならない。 一般に、降雨方向はＺ軸からθ，ｘ軸からφの
方向であるとすると、それぞれの補正係数cosαi
（ｉ＝ｘ，ｙ，ｚ）は第１１図を参照して となる。したがつて、それぞれの出力パルス数を
Pci（ｉ＝ｘ，ｙ，ｚ）とすると、 Pcx2＋Pcy2＋Pcz2＝（Pccosαx）2＋（Pccosαy）2＋
（Pccosαz）2＝2Pc2…（15） となり、降雨方向に垂直な面内にある同じ断面積
Ｓを通過するパルス数Pcは で与えられ、降雨方向に無関係にPcを知ること
ができる。降雨強度はこのPcより式(7)を用いて
算出されるものである。 上述の様に本発明の雨量計は、発光光源からの
光を絞られた光ビームとし、該光ビームを一定距
離（2m以下等の有限距離）を離して置いた受光
素子にて受光し、雨滴が光ビームを通過する際の
光の強度の変化を検出する光電式としたことによ
り、降雨強度、降水量計測が速く応答しえ、しか
もこの場合雨滴を電気信号パルスに変換して計数
する如くなるため、瞬時の雨量が計れるものであ
る。更に本発明は光ビームの光路を極めて短かく
設定しえるため、投光部及び受光部を一体の組込
み構造とすることができるので装置全体がコンパ
クト化し得、例えば自動車のワイパー部へ組込む
ことができ、走行中に雨が降りだすと自動的にワ
イパーを駆動させることが可能となる等各種器具
への取付けができる効果を奏するものである。
図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は
系統図、第２図Ａ，Ｂは弱雨時の信号波形図及び
強雨時の信号波形図、第３図Ａ，Ｂは他の実施例
の要部を示す平面図、第４図は光ビーム部の説明
図、第５図は出力パルス数と降雨強度との関係曲
線図、第６図は雨滴の体積確率密度関数図、第７
図は出力パルス数と降雨強度の実測値、計算値及
び補正値を示す関係曲線図、第８図Ａ，Ｂは光ビ
ームに対し降雨方向をもつたときの説明図、第９
図は発光光学部と受光光学部を一体化構造とした
実施例の斜面図、第１０図は同一体化構造を３個
組合わせた実施例の斜面図、第１１図は降雨方向
の補正関係を示す説明図である。 １……光源、２……変調器、３……集光光学素
子、４……発光光学系、５……受光光学素子、６
……光電変換素子、７……前置増幅器、８……受
光光学系、９……検波回路、１０……２乗検出
器、１１……パルス整形回路、１２……計数回
路、１３……光ビーム。
系統図、第２図Ａ，Ｂは弱雨時の信号波形図及び
強雨時の信号波形図、第３図Ａ，Ｂは他の実施例
の要部を示す平面図、第４図は光ビーム部の説明
図、第５図は出力パルス数と降雨強度との関係曲
線図、第６図は雨滴の体積確率密度関数図、第７
図は出力パルス数と降雨強度の実測値、計算値及
び補正値を示す関係曲線図、第８図Ａ，Ｂは光ビ
ームに対し降雨方向をもつたときの説明図、第９
図は発光光学部と受光光学部を一体化構造とした
実施例の斜面図、第１０図は同一体化構造を３個
組合わせた実施例の斜面図、第１１図は降雨方向
の補正関係を示す説明図である。 １……光源、２……変調器、３……集光光学素
子、４……発光光学系、５……受光光学素子、６
……光電変換素子、７……前置増幅器、８……受
光光学系、９……検波回路、１０……２乗検出
器、１１……パルス整形回路、１２……計数回
路、１３……光ビーム。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 変調器を備えた光源と集光光学素子をもつて
形成した光ビームを発する発光光学系と、該発光
光学系に対し有限距離を隔てて設置した受光光学
素子と光電変換素子及び前置増幅器よりなる受光
光学系を配し、且つ前記前置増幅器に検波回路と
２乗検出器を接続し１雨滴が光ビームを通過する
ことによつて生ずる光の強度変化を電気信号に変
換すると共に、前記検波回路にパルス整形回路と
計数回路を接続し前記電気信号を１パルスに変換
し、このパルスの単位時間当たりの個数を計算し
定量的に降雨強度を算出することを特徴とした光
電式雨量計。 ２ 変調器を備えた光源と集光光学素子をもつて
形成した光ビームを発する発光光学系と、該発光
光学系に対し有限距離を隔てて設置した受光光学
素子と光電変換素子及び前置増幅器よりなる受光
光学系を配した光電式雨量計において、前記変調
された発光光源から光ビームを発する発光光学系
とこの光ビームを受ける受光光学系を一体化構造
とした検出手段を３台形成し、各検出手段をそれ
ぞれの光ビームが互いに直交する３方向に配設
し、それぞれの出力パルス数の２乗和を求めて降
雨方向に無関係に降雨強度を測定することを特徴
とした光電式雨量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56056788A JPS57171279A (en) | 1981-04-15 | 1981-04-15 | Photoelectric pluviometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56056788A JPS57171279A (en) | 1981-04-15 | 1981-04-15 | Photoelectric pluviometer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57171279A JPS57171279A (en) | 1982-10-21 |
| JPS6364753B2 true JPS6364753B2 (ja) | 1988-12-13 |
Family
ID=13037148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56056788A Granted JPS57171279A (en) | 1981-04-15 | 1981-04-15 | Photoelectric pluviometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57171279A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63101856U (ja) * | 1986-12-22 | 1988-07-02 | ||
| JPS63101855U (ja) * | 1986-12-22 | 1988-07-02 | ||
| JPH0815449A (ja) * | 1994-04-26 | 1996-01-19 | Omron Corp | 雨滴検知センサおよびその雨滴検知センサを用いた雨滴計測装置およびその雨滴計測装置を用いたワイパ駆動装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5720680U (ja) * | 1980-07-11 | 1982-02-02 |
-
1981
- 1981-04-15 JP JP56056788A patent/JPS57171279A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57171279A (en) | 1982-10-21 |
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